کشف بزرگ دنیای فیزیک: در دنیای کوانتوم نیز امکان بازگشت به گذشته وجود ندارد

دلیل سپری شدن زمان در زندگی روزمره‌ی ما، قانون دوم ترمودینامیک است. بر اساس این قانون بی‌نظمی و آنتروپی سیستم‌های مختلف در طول زمان رو به افزایش است. و این روند برگشت‌ناپذیر است بنابراین زمان تنها رو به جلو حرکت می‌کند. با این وجود دانشمندان فیزیک نظری پیش از این بر این باور بودند که احتمالا در سطح کوانتومی زمان امکان حرکت در هر دو سمت را دارد. این پیش‌بینی بر این اساس بود که قوانین فیزیک مانند معادله‌ی شرودینگر در مورد ذرات بسیار ریز، تقارن زمانی داشته و بنابراین برگشت‌پذیر هستند.

لیسا زایگا در وب‌سایت Phys.org می‌نویسد:

از لحاظ نظری فرآیندهای مایکروسکوپی در حال پیشروی رو به جلو و رو به عقب را نمی‌توان از هم دیگر تمیز داد.

اما اکنون تیمی از فیزیک‌دانان تحت هدایت دانشگاه فدرال ABC برزیل با انجام آزمایشی نادرست بودن این نظریات را ثابت کرده اند. بنابراین فرآیندهای ترمودینامیکی حتی در سیستم‌های کوانتومی نیز برگشت ناپذیر باقی می‌مانند. اما دانشمندان کماکان از علت این پدیده آگاه نیستند.

مائورو پاترنوسترو از دانشگاه کوئینز ایرلند و یکی از اعضای این تیم، می‌گوید:

آزمایش ما ماهیت برگشت‌ناپذیر دینامیک کوانتومی را نشان می‌دهد، اما این آزمایش کماکان قادر به شناسایی عامل ایجاد این برگشت‌ناپذیری در سطح مایکروسکوپی و همچنین نقطه شروع بردار زمان نیست. یافتن پاسخ این سوالات می‌تواند باعث روشن شدن علت اصلی ظهور این پدیده شود.

اما نظر شما در مورد چگونگی آزمایش قوانین ترمودینامیک در یک سیستم کوانتومی چیست؟ در اصل دانشمندان باید یک سیستم کوانتومی ایزوله را به وجود آورده و بازگشت یک فرآیند طبیعی را در آن مشاهده کنند، البته در عمل این روند بسیار پیچیده‌تر از این خواهد بود!

پژوهشگران در این آزمایش از تعدادی اتم کربن ۱۳ در داخل کلروفرم مایع استفاده کرده و با بکارگیری یک میدان مغناطیسی در حال نوسان اسپین آن‌ها را وارونه کردند. آن‌ها در مرحله بعد برای برگرداندن اسپین‌ها به حالت اولیه از یک پالس مغناطیسی دیگر استفاده کردند.

زایگا می‌نویسد:

در صورت برگشت‌پذیر بودن این فرآیند، اسپین‌ها باید به حالت اولیه‌ی خود بازمی‌گشتند، اما این اتفاق رخ نداده است.

اما آنچه این دانشمندان در عمل شاهد آن بودند، این موضوع بود که گاهی اوقات پایین بودن سرعت چرخش اسپین اتم‌ها در مقایسه با سرعت اِعمال شدن پالس‌های متناوب مغناطیسی منجر به خارج شدن سیستم ایزوله از حالت تعادل می‌شد.

طبق تایید این فیزیک‌دانان، پس از پایان آزمایش، آنتروپی سیستم رو به افزایش بوده است. بنابراین با صرف‌نظر از میزان کوچک بودن ابعاد ذرات استفاده شده در این آزمایش، فرآیندهای ترمودینامیک صورت گرفته، برگشت‌ناپذیر بوده است.

بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که حتی در مورد ریزترین ذرات موجود در جهان هستی، بردار زمان فقط در یک سمت در حال پیشروی است، این موضوع قوانین مایکروسکوپی فیزیک را نیز به چالش می‌کشد و با توجه به آن می‌توان نتیجه گرفت که احتمالا عامل دیگری مانع برگشت‌پذیر شدن سیستم‌های کوانتومی است.

در حال حاضر فیزیک‌دانان درصدد یافتن این عامل بوده و بر این باورند که بینش جدید به دست آمده در مورد سیستم‌های کوانتومی در نهایت می‌تواند منجر به پیشرفت‌های شگرف در زمینه‌ی ساخت رایانه‌ها و ابزارهای کوانتومی باشد.

پاترنوسترو می‌گوید:

هر گونه پیشرفت در زمینه‌ی مدیریت فرآیندهای ترمودینامیکی زمان - محدود در سطح کوانتومی، یک قدم رو به جلو برای ساخت ترموماشین‌هایی خواهد بود که با بکارگیری قوانین مکانیک کوانتوم، قادر به غلبه بر محدودیت عملکردی دستگاه‌های کلاسیک هستند.

اما در حال حاضر آنچه می‌توانیم از این تحقیق برداشت کنیم این است که حتی در مقیاس اتمی نیز نمی‌توان زمان را به عقب بازگرداند.